книги / Техническая эксплуатация систем телекоммуникаций

9

дации и нормы на параметры цифровых каналов (например в рекоменда-

циях ITU-T G.821, G.826 и М.2100).

По отношению к измеряемому параметру – количеству принятых ошибочных битов – параметр ES, так же как и параметр BER, является вторичным. Метод его подсчета тесно связан с определениями, даваемыми этому параметру в европейской (одобренной ITU-T) и американской практике.

Рис. 5.3. Методы подсчета параметра ES

Вевропейской практике параметр EFS определяется как все односекундные интервалы времени, не содержащие ошибок в течение интервала измерений. С точки зрения методики подсчета ЕS это определение означает использование асинхронного метода, представленного на рис. 5.3. Асинхронный метод предусматривает разделение всего времени измерений на интервалы по 1 с и подсчет количества интервалов, в течение которых принималась одна или несколько битовых ошибок.

Вамериканской практике измерений получил распространение метод синхронного подсчета ES, согласно которому секундой, пораженной ошибками, называется односекундный интервал, следующий за появлением ошибки. В результате измерение параметра ES синхронизируется временем появления ошибок.

Как видно на рис. 5.3, применение двух описанных методов к реальной ситуации дает различные результаты. Точный анализ показывает, что методы дают близкие результаты только в предположении малого параметра ES и нормальной функции распределения вероятности возникновения ошибки. В случае возникновения ошибок в виде пакетов разница в параметрах, измеренных разными методами, может достигать 18 %. Следует также учесть, что проведенные рабочими группами ITU-T исследования показали, что большая часть цифровых систем передачи (в особенности радиочастотные системы передачи с различными методами помехоустойчивого кодирования) при работе дает именно пакетное распределение ошибок.

10

Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Несомненным преимуществом асинхронного метода измерения является простота его реализации в конкретных приборах. Преимуществом метода синхронного подсчета является его инвариантность относительно выбора времени начала измерения, что приводит к следующим важным следствиям:

•результаты, измеренные разными приборами одновременно на одном канале, точно совпадают;

•результаты, полученные при измерениях в различных частях цифрового канала, точно совпадают при условии, что канал не вносит дополнительных ошибок;

•результаты, полученные методом синхронного подсчета, более отражают смысл измерения ES как общего времени негарантированной цифровой передачи и могут использоваться операторами для гибкого регулирования тарифной политики и т.д.

Таким образом, использование метода синхронного подсчета параметра ES представляет оборудование систем передачи в более выгодном

свете. Однако результаты таких измерений являются инвариантными к времени начала теста и учитывают возможное распределение ошибок в виде пакетов.

Основным недостатком синхронного метода подсчета параметра ES является вторичное значение другого важного параметра – EFS. Действительно, в контексте методологии синхронного измерения параметр EFS невозможно определить явно, только как производную параметра ES.

5.4. Рекомендации ITU-T (G.821/G.826 и M.2100/M.2101) как основа для проведения и обработки результатов измерений параметров цифровых каналов

5.4.1. Методология G.821

Рекомендация G.821, будучи впервые опубликованной, определила параметры качества международного соединения HRX. Здесь необходимо добавить, что рекомендация определяет нормирование всех параметров качества к скорости 64 кбит/с и предусматривает измерение следующих параметров: ES, EFS, SES, DM и UAS.

Измерение параметров выполняется согласно схеме, представленной на рис. 5.4.

Измерения основаны на подсчете количества ошибок. Сначала идет разделение всего времени проведения измерения на время готовности и время неготовности канала, в результате выделяется параметр UAS. Затем во время готовности канала производится подсчет секунд с ошибками ES, автоматически рассчитывается параметр EFS. Для секунд с ошибками

11

рассчитывается параметр BER и вычисляется параметр SES. На основе анализа SES рассчитывается параметр DM.

Рис. 5.4. Алгоритм измерения параметров цифрового канала по рекомендации G.821

Основным недостатком методологии G.821 является необходимость ее расширения для определения параметров цифровых систем передачи со скоростями выше 64 кбит/с.

5.4.2. Методология G.826

Методология рекомендации G.826, будучи впервые опубликована в 1993 г., является развитием методологии G.821 и учитывает ее недостатки. Основными особенностями методологии являются:

•применимость к цифровым системам передачи со скоростями выше 64 кбит/с,

•учет основных скоростей передачи, используемых в современных цифровых системах PDH/SDH,

•определение параметров измерений без отключения канала, т.е. ориентация на эксплуатационные измерения работающих систем.

Параметры, измеряемые в методологии G.826, связаны с измерениями без отключения канала, т.е. с анализом параметра ошибки по блокам. Согласно G.826 предусмотрено измерение следующих параметров: ЕВ, ES, SES, ВВЕ.

Схема измерений параметров согласно методологии G.826 представлена на рис. 5.5.

12

Рис. 5.5. Алгоритм измерения параметров цифрового канала по рекомендации G.826

Согласно рекомендациям G.821 и G.826 определяется время проведения измерений – 30 дней. Этот период обеспечивает корректную объективацию результатов измерения, включая специфические особенности радиочастотных цифровых систем передачи. На практике измерения в течение такого длительного периода проводятся довольно редко. Обычно для эксплуатационных измерений считается достаточным для объективации проведения измерений в течении 24 часов, что определено в рекомендации М.2100.

5.4.3. Методология эксплуатационных измерений М.2100/М.2101

Методология М.2100/М.2101 была разработана с целью расширения методики G.821/G.826 для целей эксплуатации. Отличительной особенностью методик М.2100/М.2101 является ориентация на индикационные измерения, когда в качестве результатов измерения делается вывод о прохождении/не прохождении теста, а не получаются количественные величины параметров. В качестве основных параметров для измерений выбраны параметры SES и ES.

Рекомендация М.2100 была впервые опубликована в 1993 г. и определила параметры пороговых значений для проведения измерений для цифровых систем передачи PDH. Развитие технологии цифровой первичной сети и внедрение технологии SDH привело к необходимости доработки методологии и появления рекомендации М.2101, где определены пороговые значения для проведения измерений систем передачи SDH.

Еще одной отличительной особенностью методологии М.2100/М.2101 является использование не одного, а двух пороговых значений для выделения «средней зоны» (рис. 5.6). Если результат измерения

13

попадает в «среднюю зону», то он нуждается в дополнительном уточнении методами долговременного анализа. При этом время измерений уменьшается до 15 мин с последующими измерениями в течение 24 часов, если результат кратковременного измерения окажется в «средней зоне».

5.5. Организация измерений с отключением от канала связи. Тестовые последовательности. Генераторы и анализаторы тестовых последовательностей

Для организации измерений с отключением канала используются генератор и анализатор тестовой последовательности, подключенные к разным концам цифрового канала. Как правило, функции генератора и анализатора тестовой последовательности объединяются в одном приборе, который называется «тестером цифровых каналов». Между генератором и анализатором тестовой последовательности существует синхронизация по тестовой последовательности, т.е. процедура, в результате которой анализатор имеет возможность предсказания следующего значения каждого принимаемого бита.

В практике используются два типа тестовых последовательностей – фиксированные и псевдослучайные последовательности (ПСП, PRBS – Pseudorandom Binary Sequence).

Фиксированными последовательностями являются последовательности чередующихся повторяемых комбинаций битов. В качестве примера рассмотрим альтернативную фиксированную последовательность типа

1010, в которой после каждого 0 идет 1.

Процедура синхронизации тестовой последовательности в этом случае может быть чрезвычайно проста: анализатор заранее запрограммирован на ожидание альтернативной последовательности, при приеме 1 он предсказывает появление в качестве следующего бита 0, и в случае приема 1 делается вывод о битовой ошибке. Реальная процедура синхронизации

14

несколько сложнее, поскольку требуется проверка, не является ли первый принятый бит ошибочным. Для этого производится проверка правильной синхронизации в течение нескольких последовательных групп битов (блоков), при этом сама процедура синхронизации аналогична. Такая процедура синхронизации представляет собой процедуру без указания на начало цикла.

Вторым способом синхронизации фиксированной тестовой последовательности является процедура с указанием начала цикла, согласно которой начало цикла задается специальным битом или последовательностью битов (ниже называемым битом f).

Впрактике могут использоваться обе процедуры синхронизации тестовой последовательности. В последнее время производители склоняются

кмаксимально широкому внедрению процедуры с указанием начала цикла, поскольку в этом случае синхронизация тестовой последовательности осуществляется в течение нескольких циклов – порядка 8–16 переданных битов. Исключение составляют постоянные фиксированные последовательности типа 0000 или 1111, где процедура с указанием начала цикла не имеет смысла.

Всовременной практике используются следующие фиксированные тестовые последовательности:

1111... – все единицы. Фиксированная последовательность единиц, которая используется обычно для расширенного и стрессового тестирования канала. Например, если последовательность послана в неструктурированном потоке Е1, то это будет понято как сигнал индикации аварийного состояния СИАС (AIS).

1010... – альтернативная. Фиксированная последовательность из чередующихся нулей и единиц. Последовательность может передаваться без указания или с указанием начала цикла – f 0101 0101.

0000... – все нули. Фиксированная последовательность нулей, используемая обычно для расширенного и стрессового тестирования канала.

FOX. Фиксированная последовательность FOX используется в приложениях передачи данных. Перевод последовательности в ASCII является предложением «Quick brown fox». Синхронизация последовательности осуществляется правильным переводом предложения.

1-3 – одна единица на три бита. Промышленный стандарт 1 в 3-х используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность передается с указанием на начало цикла: f 010.

1-4 – одна единица на три бита. Промышленный стандарт 1 в 4-х используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность передается с указанием на начало цикла: f 0100.

1-8 – одна единица на восемь битов. Промышленный стандарт 1 в 8- ми используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность передается с указанием на начало цикла: f 0100 0000.

15

3-24 – три единицы на 24 бита. Промышленный стандарт 3 в 24-х используется для расширенного и стрессового тестирования канала. Последовательность передается с указанием на начало цикла: f 0100 0100 0000 0000 0000 0100.

Кроме перечисленных стандартных фиксированных последовательностей, могут использоваться произвольные слова и предложения. Процедура синхронизации и анализа битовых ошибок может быть организована на основе указания на начало цикла или на основе проверки правильности перевода слов и предложений. Вторая процедура наиболее часто используется в практике.

Использование фиксированных последовательностей в последнее время рекомендовано главным образом для стрессового тестирования аппаратуры кодирования/декодирования. Поэтому наиболее часто используются тестовые последовательности с множеством нулей. Как известно, при передаче двоичной последовательности наличие последовательности из нескольких нулей равносильно отсутствию сигнала (0 обычно передается сигналом нулевой амплитуды). В результате генерации последовательностей с множеством нулей можно проанализировать работу канала в случае естественного пропадания сигнала.

Пример 5.1. В системах ИКМ (поток Е1) в недавнем прошлом использовался линейный код AMI, в котором отсутствует устойчивость битовой синхронизации в случае появления длинных последовательностей нулей. В результате возникает задача анализа частоты сбоев битовой синхронизации измеряемого канала с кодированием AMI. Для измерений обычно используются последовательности с длинными последовательностями нулей: 1-4, 1-8 или 3-24. Длинная последовательность нулей в этом случае создает возможность сбоя битовой синхронизации, фиксируемого как битовые ошибки при передаче единиц.

Пример 5.2. Неустойчивость битовой синхронизации в случае появления длинных последовательностей нулей кодирования AMI была преодолена в современном коде ИКМ-систем HDB3, где используется процедура инверсии четвертого нуля в алгоритме кодирования. Работоспособность этой процедуры можно проверить при помощи фиксированных последовательностей с длинными последовательностями нулей: 1-8 или 3-24. Кроме того, стабильность битовой синхронизации может быть проверена генерацией последовательности 0000...

Вторым направлением стрессового тестирования является анализ систем передачи с заполнением структуры потока какими-либо данными.

Пример 5.3. В некоторых ИКМ-системах сбой аппаратуры на удаленном конце при организации транзита приводит к заполнению потока Е1 единицами. Эта процедура используется для имитации сбоя: передатчик генерирует последовательность 1111… и анализирует сигнал AIS, передаваемый принимающей стороной.

16

Пример 5.4. Наличие систем с заполнением требует с особенной осторожностью использовать при измерениях фиксированные последовательности. В некоторых случаях фиксированная последовательность может совпасть с последовательностью заполнения, что может привести к ошибочным результатам.

Так, например, известен случай анализа спутникового канала по параметру ошибки (BER). При анализе использовалась альтернативная последовательность 1010, которая совпала с последовательностью заполнения выходного канала передачи данных от модема. В результате даже после пропадания одночастотного спутникового канала анализатор выдавал результат по параметру ошибки BER = 10–5.

Для того чтобы избежать подобных ситуаций, рекомендуется использовать фиксированные последовательности в виде слов или предложений (например, применение последовательности FOX в описываемом примере сразу идентифицировало неготовность канала), или ПСП.

Псевдослучайные последовательности характеризуются количе-

ством регистров сдвига, используемых при генерации (N) с длиной цикла последовательности L = 2N – 1. Структура псевдослучайной последовательности связана со схемой генератора ПСП, представленной на рис. 5.7.

D1 D2 DN–1 DN Выход

Рис. 5.7. Генератор псевдослучайной последовательности

В основе принципа работы генератора ПСП лежит процедура сверточного кодирования с использованием N-разрядного регистра сдвига с одной обратной связью перед элементом N. Это эквивалентно кодеру сверточного кодирования с полиномом DN DN–1 1. Соответственно длина кодированной последовательности зависит от количества регистров сдвига и составляет 2N – 1. Процедура предусматривает циклическое повторение последовательности через 2N – 1 тактовых импульсов (эквивалентно битов). Большее количество регистров определяет меньшую повторяемость последовательности.

Для анализа принимаемой ПСП используются два типа анализаторов псевдослучайной последовательности, схемы которых представлены на рис. 5.8 и 5.9. Наиболее часто используется метод анализа ПСП последовательности с обратной связью (см. рис. 5.8). В этом случае синхронизация последовательности осуществляется следующим образом: петля обратной связи размыкается, производится загрузка данных в регистры сдвига до полного заполнения, затем петля обратной связи замыкается и производится синхронизация по тестовой последовательности. Две ПСП, находящиеся

17

не в синхронизме, имеют относительный параметр BER приблизительно равным 0,5.

Управление

синхронизацией

Ошибки

Рис. 5.8. Анализатор ПСП с замкнутой обратной связью, метод побитового измерения ошибок

Вторым методом построения анализатора ПСП является метод без обратной связи, в котором обратная связь является разомкнутой (см. рис. 5.9). Этот метод в настоящее время практически не используется и признан устаревшим. Основным его недостатком является наличие процессов подавления данных при измерениях каналов с высоким параметром ошибки. Метод был разработан для случаев низкого параметра ошибки в предположении, что сами ошибки возникают случайным образом, а также описываются нормальным распределением.

Как будет показано ниже, современные системы передачи используют алгоритмы кодирования и принципы передачи, приводящие к появлению всплесков ошибок, когда ошибки возникают в виде пакетов. В этом случае алгоритм анализа без обратной связи дает нестабильную работу. В дальнейшем при описании анализа ПСП мы будем исходить из принципов анализа с обратной связью.

Вход

Ошибки

Рис. 5.9. Анализатор ПСП без обратной связи

Типы псевдослучайных последовательностей, используемые в современной практике:

2е23 – стандартная 2е23–1 псевдослучайная последовательность битов. Сигнал формируется из 23-фазного регистра сдвига без ограничения нулей. Эта последовательность соответствует техническому стандарту